高中化学：第四章第三节第2课时电解原理的应用.pdf

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1、1 第第 2 课时课时电解原理的应用电解原理的应用 目标要求1.了解氯碱工业，电镀，冶金的原理。2.掌握电解原理及其应用。电解原理的应用 1氯碱工业：电解饱和食盐水，制取烧碱、氯气和氢气。电极的反应式(并注明反应类型)阳极：2Cl2e=Cl2(氧化反应)；阴极：2H2e=H2(还原反应)。总反应式：2NaCl2H2O=电解 2NaOHCl2H2。其中阴极反应中的 H是由水电离产生的。2电镀(1)电镀是应用电解的原理在金属表面镀上一薄层其他金属或合金的方法。(2)电镀Error!在电镀过程中，电镀液的浓度不变。3电解精炼(如电解精炼铜，杂质为铁、锌、金、银)(1)粗铜作阳极，电极反应 Cu2e=

2、Cu2；精铜作阴极，电极反应 Cu22e=Cu；电解质溶液 CuSO4溶液。(2)活泼性较强的铁、锌以离子形式进入溶液，活泼性较差的金、银形成阳极泥。4电冶金制取金属 Na、Ca、Mg、Al 等活泼金属，很难用还原剂从它们的化合物中还原得到单质，因此必须通过电解熔融的化合物的方法得到。如电解熔融的氯化钠可以得到金属钠：阴极：2Na2e=2Na，阳极：2Cl2e=Cl2，总反应式：2NaCl(熔融)=电解 2NaCl2。知识点一氯碱工业 1.某学生想制作一种家用环保型消毒液发生器，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使 Cl2被完全吸收制得有较强杀菌能力的消毒液，设计了如图所示的装置，以下

3、对电源电极名称和消毒液的主要成分判断正确的是()Aa 为正极，b 为负极；NaClO 和 NaCl Ba 为负极，b 为正极；NaClO 和 NaCl Ca 为阳极，b 为阴极；HClO 和 NaCl Da 为阴极，b 为阳极；HClO 和 NaCl 答案B 解析电解饱和食盐水的方程式为 2NaCl2H2O 电解,2NaOHH2Cl2，NaOH 在阴极区生成，Cl2在阳极区生成。按照该学生制作的竖直的家用环保型消毒装置，若将阳极置于上方，则氯气一生成即逸出，不能完全与 NaOH 反应。显然，应将阳极置于下方，阴极置于上方，下方阳极生成的氯气通过溶液时即可很好地被阴极生成的 NaOH 吸收。反应

4、2 为 Cl22NaOH=NaClNaClOH2O。还应注意的是图中电极 a、b 是电源的电极而非电解池的电极。与电解装置上方阴极相连的 a 为电源的负极，则 b 为正极。2.如图所示是用石墨和铁作电极电解饱和食盐水的装置，请填空：(1)X 的电极名称是_极，发生的电极反应式为_，Y 极的电极材料是_，检验 X 极产物的方法是_。(2)某同学在实验时误将两种电极材料接反，导致 X 极上未收集到预期产物，一段时间后又将两极的连接方式纠正过来，发现 X 极附近出现了白色沉淀，此沉淀是_(填化学式)，其形成原因是_ _，该沉淀在空气中放置，现象是_。(3)工业上电解饱和食盐水的方法之一是将两个电极室

5、用离子交换膜隔开(如图所示)，其目的是_，阳极室(A 处)加入_，阴极室(B 处)加入_，离子交换膜只许_离子通过。答案(1)阳2Cl2e=Cl2Fe用湿润的淀粉碘化钾试纸放在 X 极附近，若试纸变蓝，说明生成了 Cl2(2)Fe(OH)2铁作阳极时被氧化为 Fe2，纠正错误后，这一端又变为阴极，2H2e=H2，生成的 OH与 Fe2结合成 Fe(OH)2先变灰绿色，后变红褐色(3)防止 H2与 Cl2混合发生爆炸，防止 Cl2与 NaOH 反应生成 NaClO，使 NaOH 不纯饱和食盐水纯水(或 NaOH 稀溶液)Na 解析与电源正极相接的为电解池的阳极，与电源负极相接的为电解池的阴极，若

6、接反则金属 Fe 失去电子而产生 Fe(OH)2沉淀。知识点二电镀池及电冶金 3在铁制品上镀上一层锌层，以下电镀方案中合理的是()A锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含 Fe2 B锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含 Zn2 C锌作阴极，铁制品作阳极，溶液中含 Fe3 D锌作阳极，铁制品作阴极，溶液中含 Zn2 答案D 解析要在铁制品上镀锌，应该用锌作阳极，铁制品作阴极，含有 Zn2的溶液作电镀液，所以 D 项正确。4金属镍有广泛的用途。粗镍中含有少量 Fe、Zn、Cu、Pt 等杂质，可用电解法制备高纯度的镍，下列叙述正确的是(已知：氧化性 Fe2Ni2Cu2)()A阳极发生还原反应，其电极反应式：N

7、i22e=Ni B电解过程中，阳极质量的减少与阴极质量的增加相等 C电解后，溶液中存在的金属阳离子只有 Fe2和 Zn2 D电解后，电解槽底部的阳极泥中只有 Cu 和 Pt 答案D 3 解析此题考查的是电解的基本原理。在电解池中，阳极失去电子，化合价升高，发生氧化反应，而阴极得到电子，化合价降低，发生还原反应。题目中已经告诉氧化性：Fe2Ni2FeNiCuPt(惰性金属不放电)，阴极的放电顺序为：Zn2Fe2Ni2阴极质量的增加。C：溶液中除了 Fe2和 Zn2还有 Ni2、H等。知识点三电化学计算 5有三个烧杯，分别盛有氯化铜、氯化钾和硝酸银三种溶液，均以 Pt 作电极，将它们串联在一起电解

8、一定时间，测得电极增重总和 2.8 g，这时产生的有色气体与无色气体的物质的量之比为()A41 B11 C43 D34 答案C 解析串联电路中，相同时间内各电极得或失的电子的物质的量相同，各电极上放出气体的物质的量之比为定值。不必注意电极增重是多少，只要判断出生成何种气体及生成该气体一定物质的量所得失电子的物质的量，就可以通过得失电子守恒，判断气体体积之比，第一个烧杯中放出 Cl2，第二个烧杯中放出 Cl2和 H2，第三个烧杯中放出 O2。在有 1 mol 电子转移时，生成的气体的物质的量分别是 0.5 mol、0.5 mol、0.5 mol 和 0.25 mol。所以共放出有色气体(Cl2)

9、0.5 mol0.5 mol1 mol，无色气体(O2和 H2)0.5 mol0.25 mol0.75 mol。6把两支惰性电极插入 500 mL AgNO3溶液中，通电电解。当电解液的 pH 从 6.0 变为3.0 时(设电解时阴极没有氢气析出，且电解液在电解前后体积变化可以忽略)，电极上应析出银的质量是()A27 mg B54 mg C108 mg D216 mg 答案B 解析由电子守恒知，eOHHAg，所以 n(Ag)n(H)。AgNO3溶液电解后产生酸，产生的 H的物质的量可由 pH 差来计算：pH 从 6.0 变为 3.0，即 c(H)103 molL1106 molL1103 mo

10、lL1。所以 n(Ag)n(H)103 molL10.5 L5104 mol，m(Ag)n(Ag)M5104 mol108 gmol10.054 g，即 54 mg。练基础落实 1在冶金工业中，常用电解法得到钠、镁、铝等金属，其原因是()A都是轻金属 B都是活泼金属 C成本低廉 D这些金属的化合物熔点较低 答案B 解析金属冶炼方法的选取主要依据的是金属的活泼性强弱，不活泼的金属可以用热分解法制备，如加热氧化汞；比较活泼的金属用热还原法制备，如用焦炭炼铁；活泼的金属离子很难被其他还原剂还原，只能用电解法制备。由于钠、镁、铝是活泼金属，所以只能用电解法。2电解 CuSO4溶液时，若要达到以下三点要

11、求：阳极质量减少；阴极质量增加；电解液中 c(Cu2)不变，则可选用的电极是()A含 Zn、Ag 的铜合金作阳极，纯铜作阴极 B纯铜作阳极，含 Zn、Ag 的铜合金作阴极 C用纯铁作阳极，用纯铜作阴极 D用石墨作阳极，用惰性电极(Pt)作阴极 答案B 解析根据，须选择非惰性电极(除石墨、金、铂外的电极)作阳极；根据，须选择纯铜为阳极，含有 Cu2的盐溶液(如硫酸铜溶液)作电解液。至于阴极材料则选择的余地较大，如 B 选项中用含 Zn、Ag 的铜合金作阴极，当然也可用纯铜、石墨、铂等作阴极。4 3已知蓄电池在充电时作电解池，放电时作原电池。铅蓄电池上有两个接线柱，一个接线柱旁标有“”，另一个接线

12、柱旁标有“”。关于标有“”的接线柱，下列说法中正确的是()A充电时作阳极，放电时作正极 B充电时作阳极，放电时作负极 C充电时作阴极，放电时作负极 D充电时作阴极，放电时作正极 答案A 解析对于蓄电池，充电和放电过程中发生的电极反应相反。铅蓄电池标有“”的接线柱，表示原电池的正极，放电时该极发生还原反应，当充电时，该极发生氧化反应，因此标有“”的接线柱，充电时作阳极。4依据下图判断，下列叙述正确的是()A是原电池，是电镀装置 B、装置中锌极上均发生氧化反应 C、装置中，铜极均发生氧化反应而溶解 D、装置中 Cu2浓度基本不变 答案A 解析仔细观察三个装置，为原电池，电极反应式为 负极(Zn)：

13、Zn2e=Zn2，正极(Cu)：Cu22e=Cu，为电镀池，电极反应式为 阳极(Cu)：Cu2e=Cu2，阴极(Zn)：Cu22e=Cu，为电解池，电极反应式为 阳极(Zn)：Zn2e=Zn2，阴极 Cu：Cu22e=Cu。练方法技巧 5500 mL KNO3和 Cu(NO3)2的混合溶液中 c(NO 3)6.0 molL1，用石墨作电极电解此溶液，当通电一段时间后，两极均收集到 22.4 L 气体(标准状况)，假定电解后溶液体积仍为 500 mL，下列说法正确的是()A原混合溶液中 c(K)为 4 molL1 B上述电解过程中共转移 4 mol 电子 C电解得到的 Cu 的物质的量为 0.5

14、 mol D电解后溶液中 c(H)为 2 molL1 答案B 解析阴极上分段发生以下两个反应：Cu22e=Cu,2H2e=H2，阳极反应式为4OH4e=2H2OO2，当阳极产生 22.4 L 氧气时，转移电子 4 mol，此时阴极上 H放电 2 mol，还有 2 mol 电子转移来自于 Cu2放电，析出 Cu 1 mol，溶液中 c(K)c(NO 3)2c(Cu2)6.0 molL122.0 molL1，故 A、C 项错，B 项正确；根据电荷守恒，电解后溶液中 c(H)2c(Cu2)4 molL1，D 项错。6用惰性电极电解 M(NO3)x的水溶液，当阴极上增重 a g 时，在阳极上同时产生

15、b L氧气(标准状况)，从而可知 M 的相对原子质量为()A.22.4 axb B.11.2 axb C.5.6 axb D.2.5 axb 答案C 解析根据得失电子守恒列出物质间的对应关系，设 M 的相对原子质量为 Mr。5 Mxxex4O2 Mr g22.4x4 L a g b L 解得 Mr22.4ax4b5.6axb。练综合拓展 7某课外活动小组准备用如图所示的装置进行实验。现有甲、乙、丙三位同学分别选择了如下电极材料和电解质溶液：A 电极 B 电极 X 溶液 甲 Cu Zn H2SO4 乙 Pt Pt CuCl2 丙 Fe Cu？(1)甲同学在实验中将电键 K5闭合，Zn 电极上的电

16、极反应式为_。(2)乙同学准备进行电解 CuCl2溶液的实验，则电解时的总反应方程式为 _；实验时应闭合的电键组合是_。(从下列五项中选择所有可能组合，第三小题也在这五项中选择)AK1和 K2BK1和 K3CK1和 K4 DK2和 K3 EK2和 K4(3)丙同学准备在 Fe 上镀 Cu，选择了某种盐来配制电镀液，则该盐的化学式为_，实验时，应闭合的电键组合是_(选项如上)。答案(1)Zn2e=Zn2(2)CuCl2=电解 CuCl2C、D(3)CuCl2或 CuSO4D 解析(1)甲同学在实验中将电键 K5闭合，装置为原电池，较活泼的 Zn 为原电池负极，电极反应式为 Zn2e=Zn2。(2

17、)乙同学用惰性电极电解 CuCl2溶液，电解时的总反应方程式为 CuCl2=电解 Cu Cl2，实验时应闭合 K1和 K4或 K2和 K3。(3)丙同学准备在 Fe 上镀 Cu，则 Fe 为电镀池阴极，接电源负极，Cu 为电镀池阳极，接电源正极，实验时应闭合 K2和 K3。应选择含有 Cu2的电解质溶液为电解液。8氯碱厂电解饱和食盐水制取 NaOH 的工艺流程示意图如下：依据上图，完成下列填空：(1)在 电 解 过 程 中，与 电 源 正 极 相 连 的 电 极 上 所 发 生 反 应 的 电 极 反 应 式 为_，与电源负极相连的电极附近，溶液 pH_(选填“不变”、“升高”或“下降”)。6

18、(2)工业食盐中含 Ca2、Mg2等杂质，精制过程中除去这些杂质时发生反应的离子方程式为_、_。(3)如果粗盐中 SO24含量过高，必须添加钡试剂除去 SO24，该钡试剂可以是_(填写字母序号，下同)。ABa(OH)2BBa(NO3)2CBaCl2(4)为有效除去 Ca2、Mg2、SO24，加入试剂的合理顺序为_。A先加 NaOH，后加 Na2CO3，再加钡试剂 B先加 NaOH，后加钡试剂，再加 Na2CO3 C先加钡试剂，后加 NaOH，再加 Na2CO3(5)脱盐工序中利用 NaOH 和 NaCl 在溶解度上的差异，通过_、冷却、_(填写操作名称)除去 NaCl。(6)用隔膜法电解食盐水

19、时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止 Cl2与 NaOH 反应；采用无隔膜法电解冷的食盐水时，Cl2与 NaOH 充分接触，得到的产物仅是 NaClO 和 H2，则与该反应相应的化学方程式为_。答案(1)2Cl2e=Cl2升高(2)Ca2CO23=CaCO3 Mg22OH=Mg(OH)2(3)AC(4)BC(5)蒸发过滤(6)NaClH2O=电解 NaClOH2(或 2NaCl2H2O=电解 H2Cl22NaOH；Cl22NaOH=NaClNaClOH2O)解析(1)电解饱和食盐水，与电源正极相连的电极为阳极，电极反应式是 2Cl2e=Cl2；与电源负极相连的电极为阴极，电极反应式是 2H2e

20、=H2，消耗 H，产生 OH，所以溶液的 pH 升高。(2)除去 Ca2：Ca2CO23=CaCO3，除去 Mg2：Mg22OH=Mg(OH)2，由 于 Mg(OH)2的溶解能力小于 MgCO3，所以 Mg2与 CO23、OH混合时，一般是生成Mg(OH)2 沉淀。(3)除去 SO24，应选择 Ba2，如果加入 Ba(NO3)2，溶液中会引进新的杂质，加入 Ba(OH)2、BaCl2不会增加新的杂质，选 A、C。(4)除去杂质时加入 Ba2和 OH，无先后之分，但 Na2CO3一定要在最后加入，因为 CO23 还要除去多余的 Ba2，过滤沉淀后即认为 NaCl 被提纯，选 B、C。(5)脱盐实际上是分离 NaOH 和 NaCl，由于 NaCl 溶解度小，因而 NaCl 首先析出，其操作过程是蒸发、冷却、结晶，经过滤得 NaCl 晶体，滤液进一步精制得 NaOH。(6)将 2NaCl2H2O=电解 2NaOHH2Cl2和 Cl22NaOH=NaClNaClOH2O 合并，即可得出答案。